第五章 状态转移图及步进指令教学提示：前章介绍的基本逻辑指令和梯形图主要用于设计满足一般控制要求的 PLC 程序。对于复杂控制系统来说，系统输入输出点数较多，工艺复杂，每一工序的自锁要求及工序与工序间的相互连锁关系也复杂，直接采用逻辑指令和梯形图进行设计较为困难。在实际控制系统中，可将生产过程的控制要求以工序划分成若干段，每一个工序完成一定的功能，在满足转移条件后，从当前工序转移到下道工序，这种控制通常称为顺序控制。为了方便地进行顺序控制设计，许多可编程控制器设置有专门用于顺序控制或称为步进控制的指令， FX2N PLC 在基本逻辑指令之外增加了两条步进指令，同时辅之以大量的状态器 S ，结合状态转移图就很容易编出复杂的顺序控制程序 教学要求：本章要求学生熟练掌握 FX2N 的步进指令和状态转移图的功能、应用范围和使用方法。重点让学生掌握步进指令和状态转移图编程的规则、步骤与编程方法，并能编写一些工程控制程序

第四章 状态转移图及步进指令 5.1 状态转移图5.2 步进梯形图及步进指令

5.4.3 选择分支与汇合状态编程

5.4 状态转移图常见流程状态得编程5.4.1 单流程状态编程

5.2.1 步进梯形图

5.3 步进梯形图指令编程基本方法5.2.2 步进指令

5.4.2 跳转与重复状态编程

5.4.4 并行分支与汇合状态5.4.5 分支与汇合得组合

5.5 状态转移图及步进指令的应用实例

5.1 状态转移图状态转移图（ SFC, Sequential Function Chart ）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是基于状态（工序）的流程以机械控制的流程来表示 ：FX2N 系列 PLC 共有状态器 S0 ～ S999

S0 ～ S9 为初始状态 S10 ～ S499 为普通型

S500 ～ S899 为断电保持型 S900 ～ S999 为信号报警型

S10 ～ S19 在功能指令（ FNC60 ） IST 的使用中被用作回零状态器

状态转移图表示法

图 5.1 状态转移图表示法

状态转移图的画法 在状态转移图中，用矩形框来表示“步”或“状态”，方框中用状态器 S 及其编号表示 与控制过程的初始情况相对应的状态称为初始状态，每个状态的转移图应有一个初始状态，初始状态用双线框来表示 。与步相关的动作或命令用与步相连的梯形图符来表示 。当某步激活时，相应动作或命令被执行 。一个活动步可以有一个或几个动作或命令被执行 步与步（状态与状态）之间用有向线段来连接，如果进行方向是从上到下或从左到右，则线段上的箭头可以不画，状态转移图中，会发生步的活动状态的进展，该进展按有向连续规定的线路进行，这种进展是由转换条件的实现来完成的 转换的符号是一条短划线，它与步间的有向连接线段相垂直。在短划线旁可用文字语言、布尔表达式或图形符号标注转换条件

【例 5-1 】运料小车的控制 控制要求：

图 5.2 中料车处于原点，下限位开关 LS1 被压合，料斗门关上，原点指示灯亮 当选择开关 SA闭合，按下启动按钮 SB1 料斗门打开，时间为 8s ，给料车装料 装料结束，料斗门关上，延时 1s 后料车上升，直至压合上限位开关 LS2 后停止，延时 1s 之后卸料 10s ，料车复位并下降至原点，压合 LS1 后停止 当开关 SA 断开，料车工作一个循环后停止在原位，指示灯亮 按下停车按钮 SB2 后则立即停止运行

图 5.2 运料小车的控制

运料小车控制状态转移图

图 5.3 运料小车控制状态转移图

5.2 步进梯形图及步进指令5.2.1 步进梯形图

图 5.4 是将图 5.3 的状态转移图（ SFC 图）改画成步进梯形图（ STL 图）及对其编程的例子 STL 图是以继电器梯形图的风格来表示 SFC 图则把基于状态（工序）的流程以机械控制的流程来表示 用步进指令对状态器的触点编程，则该触点用符号表示

LD M8002

SET S0

STL S0

复位程序（略） LD X003

ANI Y003

SET S20

STL S20

OUT Y000

LD X000

SET S21

STL S21

LDI T0

OUT Y003

LD M8000

OUT T 0

K 80

LD T0

OUT T1

K 10

LD T1

SET S22

LD X001

OUT S0

STL S22

LDI Y002

OUT Y001

LD X004

SET S23

LD X001

OUT S0

STL S23

OUT T2

K 10

LD T2

SET S24

LD X001

OUT S0

STL S24

OUT Y004

OUT T3

K 100

LD T3

SET S25

LD X001

OUT S0

STL S25

LDI Y001

OUT Y002

LD X003

AND X002

OUT S21

LD X003

ANI X002

OUT S0

LD X001

OUT S0

RET

END

（ a ） （ b ）图 5.4 运料小车控制编程

(a) 步进梯形图 (b) 指令程序

5.2.2 步进指令

1. 指令定义及应用对象 表 5.1 步进指令的定义与应用对象

指令符 名称 指令意义

STL 步进指令 在顺控程序上面进行工序步进型控制的指令

RET 步进复位指令 表示状态流程的结束，返回主程序（母线）的指令

2. 指令功能及说明(1) 主控功能

STL 指令仅仅对状态器 S 有效 STL 指令将状态器 S 的触点与主母线相连并提供主控功能 使用 STL 指令后，触点的右侧起点处要使用 LD (LDI)指令，步进复位指令 RET 使 LD 点返回主母线

(2) 自动复位功能用 STL 指令时，新的状态器 S 被置位，前一个状态器 S 将自动复位 OUT 指令和 SET 指令都能使转移源自动复位，另外还具有停电自保持功能 OUT 指令在状态转移图中只用于向分离的状态转移，而不是向相邻的状态转移

状态转移源自动复位须将状态转移电路设置在STL 回路中，否则原状态不会自动复位

(3) 驱动功能

(4) 步进复位指令 RET 功能

5.3 步进梯形图指令编程基本方法(1) 输出的驱动方法

如图 5.5所示，从状态内的母线，一旦写入 LD 或LDI 指令后，对不需要触点的指令就不能再编程。需要按下图的方法改变这样的回路

图 5.5 输出的驱动（ a ）错误的驱动方法；（ b ）正确的驱动方法；（ c ）正确的驱动方法

（ a ） （ b ） （ c ）

(2) MPS/MRD/MPP 指令的位置 在状态内，不能直接从 STL内母线中直接使用MPS/MRD/MPP 指令（见图 5.6 ），而应在 LD 或LDI 指令以后编制程序

图 5.6 MPS/MRD/MPP 指令的位置

(3) 状态的转移方法 OUT 指令与 SET 指令对于 STL 指令后的状态（ S ）具有同样的功能，都将自动复位转移源（见图 5.7 ），此外，还有自保持功能。但是使用 OUT 指令时，在 STL 图中用于向分离的

状态转移

图 5.7 状态的转移方法

(4) 转移条件回路中不能使用的指令 在转移条件回路中，不能使用ANB 、 ORB 、 MPS 、 MRD 、 MPP 指令（见图 5.8 ）

图 5.8 转移条件回路指令的应用

(5) 符号与的应用场合 在流程中表示状态的复位处理时，用符号表示，而符号则表示向上面的状态转移重复或向下面的状态转移（跳转），或者向分离的其他流程上的状态转移（见图 5.9)

图 5.9 符号与的应用

(6) 状态复位 在选定的区间内的状态同时复位（见图 5.10 ）

图 5.10 S0 ～ S50 的 51 点状态器的同时复位

(7) 禁止输出的操作

图 5.11 禁止运行状态中的输出

(8) 断开输出继电器（ Y ）的操作

图 5.12 断开输出继电器

(9) SFC 图需采用的特殊辅助继电器和逻辑指令 表 5.2 SFC 图采用的特殊辅助继电器

软元件号 名 称 功能和用途

M8000 RUN监视可编程控制器在运行过程中，需要一直接通的继电器。可作为驱动的程序的输入条件或作为可编程控制器运行状态的显示来使用

M8002 初始脉冲在可编程控制器由 STOP→RUN时，仅在瞬间（一个扫描周期）接通的继电器，用于程序的初始设定或初始状态的复位

M8040 禁止转移驱动该继电器，则禁止在所有状态之间转移。然而，即使在禁止状态转移下，由于状态内的程序仍然动作，因此，输出线圈等不会自动断开。

M8046 STL动作 任一状态接通时，M8046自动接通。用于避免与其他流程同时启动或用作工序的动作标志。

M8047STL监视有

效驱动该继电器，则编程功能可自动读出正在动作中的状态并加以显示。详细事项请参考各外围设备的手册。

表 5.3 可在状态内处理的逻辑指令

指令状态

LD/LDI/LDP/LDF,AND/ANI/ANDP/ANDF,OR/ORI/ORP/ORF,INV,OUT,SET/RST,PLS/PLF

ANB/ORBMPS/MRD/MPP

MC/MCR

初始状态 /一般状态 可使用 可使用 不可使用

分支，汇合状态

输出处理 可使用 可使用 不可使用

转移处理 可使用 不可使用 不可使用

注：①在中断程序与子程序内，不能使用 STL 指令

②在 STL 指令内不禁止使用跳转指令，但其动作复杂，建议不要使用

（ 10 ）停电保持用状态器

（ 11 ）利用同一种信号的状态转移 通过一个按钮开关的接通 / 断开动作等进行状态转移。进

行这种状态转移时，需要将转移信号脉冲化编程。转移条件的脉冲化有以下 2 种方法

在 M0 接通 S50 之后（见图 5.13 ） , 转移条件M1 （ B触点）即刻开路，在 S50 接通的同时，不向S51 图 5.13 利用同一种信号的状态转移转移。在 M0再次接通的情况下，向 S51 转移 构成转移条件的限位开关 X030 在转动之后使工序进行一次转移，转移到下一工序，见图 5.14 。这种场合，将转移条件脉冲化，见图 5.15所示。 S30首次动作，虽然 X030 动作， M101 动作，但通过自锁脉冲Ｍ 100使不产生转移，当 X030再次动作，则 M100 不动作， M101 动作，则状态从 S30 转到 S31

图 5.13 利用同一种信号的状态转移

图 5.14 限位开关构成的转移条件

图 5.15 转移条件脉冲化

（ 12 ）上升沿 / 下降沿检测触点使用时的注意事项 在状态内使用LDP 、 LDF 、 ANDP 、 ANF 、 ORP 、 ORF 的上升沿 / 下降沿检测触点时，状态器触点断开时变化的触点，只在状态器触点再次接通时才被检出

图 5.16 上升沿 / 下降沿检测触点使用时的编程

（ a ） （ b ）

（ a ）修改程序前的程序；（ b ）修改程序后的程序

5.4 状态转移图常见流程状态的编程5.4.1 单流程状态编程

“单流程”是指仅有单一的出、入口的单流程。图 5.17所示台车运动控制就是典型的“单流程”

图 5.17 台车单流程运动时序图

台车运动时序如下：按下启动按钮 PB ，台车前进，限位开关 LS11 动作后，台车马上后退。（ LS11 通常处于断开状态，只有台车前进到位时才转为接通，其它限位开关的动作也相同） 台车后退，限位开关 LS12 动作后，停 5秒钟再次前进，直到限位关 LS13 动作，台车马上后退 不久限位开关 LS12 动作，这时驱动台车的电机停转

解：

控制程序如图 5.18 ， PLC 由 STOP→RUN 时，初始脉冲辅助继电器 M8002 令 S0 置位（ S0 ＝ ON ） S0 ～ S9 用作初始状态

图 5.18 台车运动的控制程序

5.4.2 跳转与重复状态编程向下面的状态直接转移或向系列外的状态转移称为跳转，向上面的状态转移则称为重复或循环，见图 5.19所示

图 5.19跳转，重复或循环

在图 5.20 中，跳转的转移目标状态和重复（循环）的转移目标状态都可以用加目标状态来表示，转移目标状态用 OUT 指令编程

图 5.20 跳转的转移目标状态图

图 5.21 选择性分支

5.4.3 选择性分支与汇合状态编程（ 1 ）选择性分支

选择性分支先进行驱动处理，然后进行转移处理。所有的转移处理按顺序继续进行 ,见图 5.21

即使负载驱动回路也不能直接在 STL 指令后面使用 MPS 指令

（ 2 ）选择汇合

首先只进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序继续进行汇合状态转移处理，在使用中要注意程序的顺序号，分支列与汇合列不能交叉（见图5.22 ）

在分支与汇合的转移处理中程序中，不能用MPS,MRD,MPP,ANB,ORB 指令

图 5.22 选择性分支汇合的编程

图 5.23 并行分支

5.4.4 并行分支与汇合状态（ 1 ）并行分支

并行分支流程的编程首先进行驱动处理，然后进行转移处理。所有的转移处理按顺序继续进行，见图 5.23

（ 2 ）并行汇合 首先只进行汇合前状态的驱动处理，然后依次执行向汇合状态的转移处理，见图 5.24

图 5.24 并行分支汇合的 SFC

（ 3 ）转移条件的设置位置并行分支与汇合点中不容许在图 5.25 （ a ）所示的符号※ 1 、※ 2 或符号 *3 、 *4 的位置设置转移条件，转移条件的设置应按图 5.25 （ b ）所示 1 、 2 、 3 、 4 的位置进行设置

图 5.25 转移条件的设置位置（ a ）错误的设置位置； (b) 正确的设置位置

（ a ）

（ a ）错误的设置位置； (b) 正确的设置位置

（ b）

（ 4 ）多个初始状态的 SFC 图的编程

图 5.26 多个初始状态的 SFC 图的编程

（ 5 ）回路总数

图 5.26 多个初始状态的 SFC 图的编程

对所有的初始状态（ S1~S9 ），每个初始状态的回路总数不超过 16 条 , 并且在每一分支点，分支数不能大于 8 个

注意：不能进行从汇合线或汇合前的状态开始向分离状态的转移处理或复位处理，一定要设置虚拟状态，从分支线上向分离状态进行转移与复位处理

5.4.5 分支与汇合的组合

图 5.28 分支与汇合的组合形态（ a ）选择汇合选择；（ b ）并行汇合并行；（ c ）选择汇合并行；

（ d ）并行汇合选择；（ e ）选择并行分支汇合

5.5 状态转移图及步进指令的应用实例【例 5-1 】四皮带运输机系统

运输系统由电动料斗和及 M1 ～ M4 四台电动机驱动的四条皮带运输机组成，如图 5.29 （ a ）所示

图 5.29 （ a ）

控制要求为： 运输系统由电动料斗和及 M1 ～ M4 四台电动机驱动的四条皮带运输机组成，如图 5.29 （ a ）所示 （ 1 ）逆物流方向起动

按下起动按钮 SB1 ，振铃 30s ，起动 1＃皮带；延时 2s ，起动 2＃皮带；再延时 3s ，起动 3＃皮带；再延时 4s ，起动 4＃皮带并同时开启料斗，起动完毕

（ 2 ）顺物流方向顺序停车 按下停止按钮 SB2 ，关闭料斗，延时 10s,停止 4＃皮带；再延时 4s ，停止 3＃皮带；再延时 3s ，停止 2＃皮带；再延时 2s ，停止 1＃皮带，停车完毕

皮带运输系统的的 SFC 图如图 5.29 （ b ）所示

图 5.29 四皮带运输机系统（ b ）

（ a ）四电动机驱动皮带运输机 ;(b)皮带运输机系统的单流程SFC

【例 5-2 】大、小球分类选择传送的机械

如图 5.31 ，左上方为原点指示，其动作顺序为下降，吸住、上升、右行、下降、释放、上升、左行

当电磁铁接近球时，接近开关 PS0 接通，此时，下限位开关 LS2 断开，则为大球

LS2导通，则为小球

图 5.31 大、小球分类选择传送机械

解：

若为小球（ X002 ＝ ON ），左侧流程有效；若为大球（ X002=OFF ），则右侧的流程有效

若为小球时，吸球臂右行至压住 LS4 ， X004 动作；若为大球时，则右行至压住 LS5 ， X005 动作。然后向汇合状态 S30 转移

若驱动特殊辅助继电器 M8040 ，则禁止所有的状态转移。右移输出 Y003 ，左移输出 Y004 以及上升输出 Y002 ，下降输出 Y000 中各自串连有相关的互锁触点

【例 5-3 】按钮式人行横道交通灯的控制

交通灯的控制要求为： 可编程控制器从 STOP→RUN变换时，设置初始状态 S0 ，通常车道信号灯为绿，而人行道信号灯为红 按下人行道按钮 X000 或 X001 ，此时状态无变化；30秒后，车道信号变黄；再过 10秒钟车道信号变红 此后，延时 5秒， 5秒后人行道变为绿灯； 15秒后人行道绿灯开始闪烁（ S32=暗， S33=亮） 闪烁中 S32 ， S33反复动作，计数器 C0 （设定值为5 ）触点接通，动作状态向 S34 转移，人行道变为红灯， 5秒后返回初始状态 在动作过程中，即使按动人行道按钮 X000 或 X001也无效

图 5.33 按钮式人行横道交通灯的控制

解：

图 5.34 按钮式人行横道交通灯控制 SFC 图

小 结设计状态转移图时，首先要将系统的工作过程分解成若干个连续的阶段，这些阶段称为“状态”或“步”。每一状态完成一定的操作或驱动一定的负载。一个步可以是动作的开始、持续或结束。一个过程循环分的步越多，描述时就越精确。状态与状态之间或说步与步之间由转换条件来分隔。转换条件得到满足时，转换得以实现，即上一步的活动结束而下步的活动开始

步进指令编程有单流程、选择性分支 /汇合、并行分支 /汇合及跳转循环等常见流程状态，还有多种编程技巧和方法，熟练掌握这些编程方法并加以灵活运用，是有效地解决工程中的实际控制问题的基础